Способ изготовления ротора лопаточной машины

Способ изготовления ротора лопаточной машины

Реферат

 

Изобретение относится к производству газотурбинных двигателей турбогенераторов и других лопаточных машин. Сущность изобретения: перед облопачиванием ротора производят сортировку лопаток по механическим свойствам и химическому составу, а окончательную обработку выполняют шлифованием с последующим деформационным упрочнением /разупрочнением/. 2 з. п. ф-лы, 22 ил. 10 табл.

Изобретение относится к производству газотурбинных двигателей, турбогенераторов, турбонасосов, вентиляторов, турбокомпрессоров и других лопаточных машин.

Известен способ изготовления ротора лопаточной машины, включающий облопачивание ротора и балансировку его на высокооборотном стенде [1] Недостаток этого способа [1] заключается в том, что при этом не устраняется разное (в пределах допуска на изготовление) положение концов лопаток, вследствие чего в эксплуатации возникают увеличенные зазоры над частью рабочих лопаток.

Известен также способ изготовления ротора лопаточной машины, включающий облопачивание ротора и шлифование концов лопаток до заданного размера [2] Основным недостатком при изготовлении ротора лопаточной машины по известному способу [2] является то, что вследствие неодинаковой вытяжки рабочих лопаток, происходящей во время эксплуатации лопаточной машины, увеличивается радиальный зазор между концами лопаток и статором (например, из-за ползучести материала), а это вызывает снижение КПД лопаточной машины.

Известен способ изготовления рабочего колеса турбины [3] путем намотки бандажа из волокнистого композиционного материала и закрепления его на концах лопаток.

Однако, способ изготовления [3] применим в случае равенства коэффициентов линейного расширения материала лопаток с диском и бандажа. В противном случае, если коэффициенты линейного расширения бандажа меньше, чем у лопаток с диском, что характерно для высокопрочных бандажей из волокнистых композиционных материалов, бандаж высокотемпературных турбин разрушается. Таким образом, необходим излишек длины бандажа в холодном незагруженном состоянии турбины, который полностью выбирается на рабочем режиме [3, 4] В связи с неоднородностью и анизотропией свойств материала лопаток и диска в различных направлениях и от лопатки к лопатке или от паза к пазу диска происходит неравномерная вытяжка лопаток (вместе с элементами бандажа и межпазовыми выступами диска), что также приводит к необходимости увеличения гарантированных зазоров между концами лопаток и корпусом.

Наиболее близким к известному по сущности и достигаемому результату является способ изготовления ротора лопаточной машины [5] включающий облопачивание ротора и шлифование концов лопаток до заданного размера после дополнительной предварительной вытяжки лопаток до величины, не превышающей радиальный зазор.

Однако и способ [5] не лишен вышеотмеченных [1-4] недостатков, которые не позволяют обеспечить повышение КПД лопаточной машины путем стабилизации радиального зазора между лопатками и корпусом машины. Кроме того, указанный зазор является итогом всех других изменений, как свойств материала и разброса этих свойств от лопатки к лопатке, так условий контакта рабочих сторон замковых соединений елочного типа, "ласточкин хвост" и др.

Основным недостатком при изготовлении ротора лопаточной [5] машины, согласно известному способу-прототипу является то, что из-за неодинаковой вытяжки рабочих лопаток, происходящей во время эксплуатации лопаточной машины, происходит неравномерное изменение радиального зазора между концами лопаток и статором вследствие процесса ползучести и разброса механических свойств материалов деталей и возникает необходимость в увеличении зазора для гарантированного отсутствия контакта с деталями статора, а это вызывает снижение КПД лопаточной машины и увеличение расхода топлива, газа и воздуха.

Цель изобретения повышение КПД лопаточной машины путем стабилизации радиального зазора между лопатками и корпусом машины.

Цель изобретения достигают тем, что "Способ изготовления ротора лопаточной машины", при котором осуществляют механическую обработку замковых соединений елочного типа в лопатках и в пазах дисков, в последних устанавливают лопатки, вытягивают их в пределах радиального зазора, после чего шлифуют концы лопаток, в отличие от прототипа [5] перед установкой лопаток на диск их сортируют по механическим и химическим свойствам; при этом механическую обработку замковых соединений осуществляют шлифованием с последующим деформационным воздействием на них; деформационное воздействие осуществляют гидроабразивной струей, включающей частицы шлама материала обрабатываемого изделия и инструментов; при этом процесс деформационного воздействия и шлифования осуществляют с одной установки изделия; замковые соединения в зоне концентраторов напряжений подвергают воздействию лазерного луча.

Осуществление способа иллюстрируется следующими примерами изготовления ротора турбины и ротора компрессора изделий ряда предприятий: (АО "УМПО" и НПП "Мотор", УАО "Гидравлика"), показанным на фиг.1-22.

На фиг. 1 и 2 показаны схемы расположения лопаток в пазах диска ротора турбомашины, замковые поверхности которых обработаны по двум разным технологическим вариантам (предлагаемому новому и базовому способу-прототипу): фиг.1 межпазовый выступ гребня диска ротора лопаточной машины выполнен врезным глубинным шлифованием абразивными инструментами елочного профиля на двухшпиндельном профилешлифовальном станке-полуавтомате с ЧПУ, применяемом и для шлифования елочного профиля на хвостовике лопаток ГТД; фиг. 2 пазы между выступами гребней диска с фиг.1 выполнены традиционным методом протягиванием, например, комплектом секционных протяжек клинового и елочного профиля; на фиг.3 схема информационных связей автоматизированной системы управления качеством ответственных деталей ротора лопаточной машины; на фиг. 4 схема проточной части многоступенчатой лопаточной машины в виде турбокомпрессора ГТД (двухконтурного) со следующими обозначениями: В, К, Г, Т сечения, соответственно: проточной части на входе в компрессор и выходе из него; перед турбиной и на выходе из двухступенчатой турбины; РК лопатки рабочего колеса ротора турбокомпрессора; СА лопатки спрямляющего аппарата компрессора и соплового аппарата турбины; I-II номера ступеней ротора турбокомпрессора лопаточной машины; ВНА входной направляющий аппарат; Р и Р ширина лопаточного венца и осевой зазор между лопатками ротора и статора (РК и СА); h длина пера лопаток ротора; радиальный зазор между торцами периферии пера лопаток РК и СА; Д_к, Д_ср, Д_вт наружный, средний, втулочный диаметры рабочего колена РК; а₁, а₂, а₃,а_n угловой шаг между лопатками и между пазами диска РК; R радиус рабочего колеса РК лопаточной машины типа ГТД; На фиг. 5 показана схема двухзубого замкового соединения елочного типа для закрепления в колесе большого количества лопаток ротора; На фиг. 6 схема ЗСЕТ с фиг.5 с указанием направлений главных и касательных напряжений на различных участках хвостовика лопатки, диска; На фиг.7 зависимость начального зазора в ЗСЕТ от нагрузки Р; На фиг.8 зависимость напряжения в рассматриваемой точке от величины зазора по верхним или нижним зубьям (только для некоторых точек); На фиг.9 напряжения по контуру элемента АВ диска; На фиг.10 напряжения по контуру межпазового выступа гребня диска; На фиг.11 напряжения по контуру элемента СД диска; На фиг.12 напряжения по контуру элемента ДЕ елочного паза диска 2; На фиг.13 напряжения по контуру элемента дна FG елочного паза диска 2 в зависимости от распределения зазора между зубцами ЗСЕТ; На фиг.14 напряжения по контуру АВ ножки хвостовика лопатки 1; На фиг. 15 напряжения по контуру рабочей контактной поверхности первого от пера зуба елочного профиля хвостовика лопатки 1 на длине ВС; На фиг.16 напряжения по контуру нерабочей стороны первого зуба на участке СД хвостовика лопатки 1 в зависимости от характера зазора На фиг.17 напряжения по контуру рабочей стороны второго зуба ЕД; На фиг.18 напряжения по контуру нерабочей стороны второго зуба ЕР; На фиг. 19 зависимость распределения величины напряжения от первоначального зазора между верхними первыми зубьями хвостовика и диска; На фиг. 20 зависимость распределения величины напряжения от первоначального зазора между нижними вторыми зубьями хвостовика и диска; На фиг.21 блок-схема расчета по программе напряжений в хвостовике; На фиг. 22 блок-схема программы расчета напряжений и напряженного состояния межпазового выступа диска на языке ФОРТРАН в системе ОС.

Для упрощения на фиг.5-22 приведены результаты определения напряженно-деформированного состояния деталей ЗСЕТ двухзубым замком лопатки с диском вентилятора или первой ступени компрессора двухконтурного турбореактивного двигателя ГТД.

П р и м е р 1. Способ осуществляют в следующей последовательности. Комплектуют комплекты рабочих лопаток охлаждаемой турбины с определением фактического содержания основных химических элементов в материале замковой части и пера каждой лопатки и по результатам поплавочного определения механических свойств на образцах-свидетелях.

Собирают группы лопаток и шлифуют их поверхности замковых соединений с последующим деформационным воздействием на них за одну установку.

Деформационное воздействие осуществляют гидроабразивной струей, включающей частицы шлама материала обрабатываемого изделия и инструментов, например, по способу охлаждения прошлифованной поверхности елочного профиля хвостовиков лопаток и пазов диска.

Шлифуют (или протягивают) замковые пазы в диске, например, врезным методом чашечными шлифовальными кругами елочного профиля. Причем, предварительно вырезают клиновые стержни из каждого паза и изготавливают из них образцы для испытания механических свойств материала обода диска. Испытывают образцы (гладкие и с надрезами) и определяют стандартными методами ( _в,0,2,, ,a_н, и т.д.). По результатам определения механических свойств и химического состава комплектуют комплект лопаток для постановки в соответствующие пазы в диске, причем режимы шлифования елочного профиля хвостовиков лопаток на профилешлифовальном двухшпиндельном автомате с ПУ модели SS013L фирмы Эльб-Шлифф (ФРГ) или на станке по модели ЛШ233 корректируют по результатам испытаний механических свойств и спектрального анализа содержания основных химических элементов в сплаве ВЖЛ12У. Аналогично шлифуют (протягивают) елочные пары в диске. Затем комплектуют, собирают и облопачивают ротор турбины. Собранный и облопаченный ротор турбины устанавливают на разгонный горячий стенд типа Ц-17 или балансировочный стенд, например, типа СБР-1, ДБВ-507 или фирмы "Шенк" и осуществляют предварительную вытяжку лопаток, выдерживая ротор на оборотах, превышающих рабочие на 5-8% до вытяжки рабочих лопаток до величины не превышающей радиальный зазор между концами лопаток и корпусом машины.

Величина рабочего зазора между концами лопаток и корпусом машины, получаемая в процессе эксплуатации лопаточной машины, соответствует среднестатистической величине вытяжки лопаток. Для ротора турбины указанного ГТД она равна 0,3-1,7 мм.

В процессе вытяжки рабочих лопаток, не останавливая вращения ротора, производят замеры биений по концам перьев лопаток и в момент достижения заданной величины вытяжки рабочих лопаток вращение ротора прекращают. Рабочие лопатки при этом вытягивают неравнормерно или равномерно с определенной степенью точности. Неравномерность вытяжки лопаток обуславливается неоднородностью материала лопаток и межпазовых выступов диска, погрешностями изготовления при механической обработке и погрешностями измерений при сортировке, балансировке, испытаниях и т.д.

После получения заданной величины вытяжки рабочих лопаток шлифуют их концы и окончательно балансируют детали ротора.

Таким образом, осуществление предварительной сортировки лопаток и пазов в дисках по результатам испытаний механических и химических свойств состава материалов исключает большую часть разброса составляющих величины вытяжки лопаток из-за неоднородности свойств металла и исключает в процессе эксплуатации лопаточной машины увеличение радиального зазора между концами лопаток и статором, что при увеличении контактной прочности замковых соединений елочного типа шлифованных хвостовиков лопаток и сопрягаемых с ними пазов в диске позволяет повысить КПД лопаточной машины за счет использования высокоточных теплонапряженных технологических процессов механической обработки в условиях рабочих температур эксплуатации изделия.

П р и м е р 2. Рассортировали на две группы: годные лопатки и условно "бракованные" заготовки лопаток из литейного сплава ЖС6УВИ по содержанию основных легирующих элементов: Al, Ti, Mo, W, Cr, Nb по наличию указанных элементов в большей половине поля допуска на химсостав по ТУ и в меньшей.

Из 600 шт. заготовок литых лопаток в первой группе оказалось 110 шт. лопаток и во второй группе остальные 490 шт. лопаток, на которых обработали шлифованием клиновые поверхности хвостовика и выполнили контроль (люминесцентным капиллярным методом ЛЮМ-1) на наличие трещин по интенсивности свечения люминофора. Из первой группы все 490 шт. были с "большим свечением" и из второй группы "с малым свечением" 110 шт.

Несмотря на низкое содержание в литых сплавах ЖС6К, ВЖЛ12У, ЖС6У углерода 0,20% С, роль карбидов в жаропрочных сплавах сложна и динамична: во-первых, в никелевых сплавах карбиды выделяются предпочтительно по границам зерен; морфология карбидов оказывает влияние на пластичность; карбиды могут влиять на химическую стабильность матрицы путем связывания элементов, взаимодействующих с углеродом: MeC, Me₂₃C₆ и Me₆C, и Cr₇C₃. Для углеродистых сталей и жаропрочных сплавов влияние углерода является определяющим, но для высоколегированных сталей и сплавов наряду с углеродом-С существенным является влияние основных легирующих элементов. При этом в количественном отношении влияние определяющих элементов химического состава значительно выше, чем влияние отдельных технологических параметров. Поэтому при разработке технологических режимов целесообразно влияние химического состава обрабатываемого материала оценивать единым комплексным показателем, не выделяя влияние каждого химического элемента, и при разработке рационального химического состава сплава единым комплексным показателем оценивать влияние технологии врезного шлифования замковых поверхностей лопаток с ответными поверхностями елочных пазов в диске турбомашины или т.п. другими сложнопрофильными поверхностями и соединениями их в изделие.

Связь физико-механических свойств готовой детали и соединения, химического состава сплава и параметров технологического процесса сложна, благодаря необходимости учитывать взаимное влияние более 30 параметров процесса шлифования, неоднозначна и может быть установлена только с использованием методов математической статистики (табл.5 и 4). Среди методов построения математических моделей используют метод экспериментальной идентификации, при котором модель строится путем обработки результатов непосредственных измерений при контроле.

Применение экспериментальных методов идентификации требует еще использования новых или известных представлений о природе исследуемого процесса производства или объекта производства и эксплуатации (фиг.5, 6, 8-20).

Решают задачи управления процессом изготовления лопаточных машин и управления механическими свойствами жаропрочных сплавов: рассмотрим применительно к процессу шлифования профильных поверхностей лопаток и дисков на профилешлифовальных полуавтоматах с УЧПУ типа SS013L фирмы "Эльб-Шлиф" (ФРГ), ЛШ-220 и ЛШ-233 (фиг. 3-22) и т.д. Планирование и проведение экспериментально-технологических исследований на полуавтомате (фиг.3, 21, 22) осуществляют, исходя из известных или новых представлений о влиянии на механические свойства и обрабатываемость (химического состава) сплава, режимов окончательной обработки и режимов охлаждения при врезном шлифовании, при упрочняющей обработке с деформационным воздействием и при сборке после сортировки с комплектацией по группам размеров, массы, свойств, состава.

При многоштучной обработке за проход нескольких заготовок лопаток, дисков ротора лопаточной машины, установленных в ряд на столе станка (а.с. СССР N 1683259, 1817407, кл. B 24 B 19/14), на различных режимах резания с поиском оптимального режима по различным технологическим критериям используют методику проведения стойкостных испытаний фасонных инструментов (а.с. СССР N 1135285, 1405476, 1632161, 1568697, 1762625). Врезное шлифование елочного профиля на хвостовиках лопаток ведут по способам: а.с. СССР N 1374637, 1508483, 1519061, 1519062, 1707867, 1781943, 1793623, 1792052, 1793624, B 24 B 21/16, при охлаждении СОЖ по изобретению: а.с. СССР N 1617803, а в клиновых пазах диска елочные профили шлифуют абразивным инструментом по а.с. СССР N 176019, 1760719, кл. B 24 B 7/00 по способу а.с. СССР N 1607217 на станке по патенту РФ к заявке N 4926380/08, совместно с торцовыми шлицами Хирта по заявкам N 93041438/08 и 93041439/08 от 18.08.93 г. Обработку лопаток ГТД ведут по способу а.с. СССР N 1570180 B 23 P 15/02 при базировании по а.с. СССР N 1800755, кл. A1 B 23 P 15/02, например, в устройстве по а.с. СССР N 1598367. Обработку поверхностей елочного, торцового профиля и подошвы хвостовика лопаток по а.с. N 1805601. После шлифования профиля непосредственно на станке ведут автоматический контроль размеров, например, блочных размеров по роликам: а. с. СССР N 1483798, заявки N 4489001, 4726143, 4820191, 4820270/08. Управление шлифованием ведут по способу а.с. СССР N 1818772, кл. B 24 B 51. Прошлифованный узел ЗСЕТ лопатки с диском выполнен по а.с. N 1741489.

Влияние химического состава на механические свойства является определяющим. В связи с этим целесообразно на 1-ом этапе (пассивный эксперимент) оценить влияние химического состава на механические основные характеристики сплава: предел текучести _т, временное сопротивление разрыву предел прочности _в и др. Информационный массив для решения задачи формировался по данным отдела технического контроля ОТК и включал сведения о химическом составе, механических свойствах и технологических параметрах температуре окончательной обработки и температуре при охлаждении прошлифованной поверхности. При оценке влияния на механические свойства перечисленных выше факторов учитывают изменение параметров технологического процесса в пределах колебаний, допускаемых требованиями производственной инструкции и ТУ на процесс и изделие.

Для обработки информационного массива, включающие данные по 600 лопаткам из сплава ЖС6УВИ при глубине шлифования t 4.8 мм; использовался пакет статистических программ "Итоги конверсии по шагам". В рассмотрение принимали от 12 до 24 параметров: элементы химического состава С, Mn, Al, Ti, Cr, Nb, Co, Mo, W, Fe; технологические параметры температура шлифования Т_макс., температура охлаждения Т_охл., температурный градиент Т в наиболее опасном сечении шлифуемой лопатки, диска; длина и ширина обрабатываемой поверхности.

Выбор независимых переменных ограничивают на шаге, после которого рассчитанная величина F критерия включения меньше значения F критерия распределения со степенями свободы ₁,₂ Рассчитанный коэффициент множественной регрессии на этом шаге обеспечивает высокий уровень значимости (95-99%).

Уравнения множественной регрессии, связывающие основные механические характеристики ( _т, _в) и др. с технологическими параметрами (t, V_кр, V_дет, T_макс, Т_мин, () и химическим составом сплава, полученные в результате статистической обработки в ходе пассивного эксперимента, позволяют оценить влияние химического состава по условной характеристике, называемой в дальнейшем "углеродным эквивалентом".

На II-ом этапе (активный эксперимент) планирование и проведение технологических экспериментов осуществляют, исходя из известных представлений о влиянии теплонапряженности процесса шлифования в конце цикла обработки с высокоэффективным охлаждением высоконапорной струей СОТС в виде водного раствора эмульсола СОЖ "Аквол-П" при скорости охлаждения на полуавтомате на механические свойства сплава.

При проведении технологических экспериментов на опытных партиях заготовок с припуском на обработку до 4-8 мм (по хвостовику) целенаправленно изменяют: химический состав сплава путем подбора лопаток из плавок с диапазоном изменения углеродного эквивалента в интервале от 30,2 до 63,4; температуру шлифования в диапазоне 873-1523 К (600.1250^оС); температуру охлаждения 263.373 К (- 10 до 100^оС); сплава хвостовиков турбинных лопаток с елочным профилем, прошлифованном без шлифовочных дефектов и с трещинами и др. дефектами.

Минимальная сумма углеродных эквивалентов по ТУ для содержания основных легирующих элементов по табл. 1 составляет C ^l= 7,45446, а максимальная сумма для тех же элементов по ТУ C ^l= 9,6119, причем, средняя сумма углеродных эквивалентов по ТУ С_средн^l 8,53318.

Анализируют данные табл.1 по процентному и углеродному эквиваленту содержания основных легирующих элементов в химическом составе сплава ЖС6УВИ. Результаты анализа показывают, что годные лопатки и бракованные лопатки с дефектами различного происхождения, выявленными ЛЮМ-контролем и спектральным анализом содержания состава, отличаются по количеству входящих в него элементов и по углеродному процентному эквиваленту, приведенному ниже в табл.2.

Среднеарифметическое значение суммарного процентного углеродного эквивалента для годных лопаток практически совпадает со среднеарифметическим значением аналогичного углеродного эквивалента по ТУ, т.е. C ^lГ 6,291152 незначительно больше C ^lТУ 6,28887, что больше C ^lБ 5,9280456 углеродного эквивалента для бракованных лопаток с дефектами, выявленными люминесцентной дефектоскопией на хвостовиках елочного профиля.

Следовательно, определив содержание основных легирующих элементов: Al, Ti, Nb, Cr, Mo, W, C и, представив последний ряд в форме значений суммарного процентного углеродного эквивалента, после сопоставления с углеродным эквивалентом для среднего значения тех элементов по ТУ, можно заранее до обработки отбраковать некоторое количество лопаток с пониженным содержанием легирующих элементов и с пониженными свойствами, т.е. "негодными" для использования в условиях высокотемпературных процессов шлифования и в условиях последующей эксплуатации при работе изделия типа ГТД или любой другой лопаточной машины ответственного назначения.

При жесткой регламентации параметров технологического процесса врезного шлифования в случае отсутствия адаптивной системы управления на станке лопатки с пониженным суммарным процентным углеродным эквивалентом относительно среднего значения по ТУ на содержание легирующих элементов с доминирующим влиянием на свойства сплава отбраковывают еще до механической обработки, что существенным образом повышает экономичность производства при существенном состоянии качества литейных процессов в литейном цехе. Аналогичным образом отбраковывают диски ротора и рассортировывают межпазовые клиновые пазы перед шлифованием елочного профиля.

Фиксацию механических свойств опытных партий сплава временного сопротивления в, предела текучеси _т, относительных удлинений _s и _равн. значений ударной вязкости "а_н" в широком диапазоне температур испытания от 293.1323, 1373 К (+ 20 до 1050, 1100^оС) производят по ходу всего цикла изготовления лопаток и дисков турбомашин от прутка, плавки, литья, термической и механической обработки до контроля, сборки и испытаний их в составе изделия. При обработке информационного массива (фиг.3, 21, 22) по программам прикладной статистики возможно получение регрессивных моделей, включающих наряду с определением химического состава, механических свойств, различный набор технологических параметров: толщины заготовок, припуска и глубины шлифования, температур в зоне обработки с охлаждением, скорости инструментов и детали относительно друг друга, времени и скорости интенсивного охлаждения высоконапорной струей СОЖ под давлением, общего и удельного расхода по зонам обработки различных профильных поверхностей лопаток и дисков комплектами абразивных инструментов.

Получение для последующего анализа комплекса регрессионных моделей с различным набором технологических параметров возможно при наличии специальной сервисной программы, позволяющей вести автоматизированную обработку информационного массива по интересующему инженера-исследователя набору режимов высокотемпературной обработки детали. (фиг.3, 5-20, 21, 22).

Критерием выбора "наилучшей" математической модели является обеспечение максимального значения коэффициента множественной корреляции при минимальном числе используемых в модели технологических параметров. Важным моментом для математической модели управления качеством является введение в модель технологических параметров, легко поддающихся автоматическому контролю, регулированию, компенсации, управлению и корректировке режимов и положений элементов системы СПИЗД": станок-приспособление-инструмент-заготовка-деталь- технологическая среда (СОТС) или СПИЗД + ТС.

В результате проведенных технологических исследований и статистической обработки результатов экспериментов на партиях сплавов типа ЖС и ВЖЛ с использованием специально разработанной сервисной программы и пакета стандартных программ "Итогои конверсии шагов" получают математические модели для всех вышеперечисленных механических характеристик сплава. Наиболее надежными являются модели, связывающие основные механические характеристики (предел прочности и предел текучести) с параметрами технологического процесса окончательной обработки y a + b(x₁) + c(x₂) + d(x₃) + e(x₄) + f(x₅), где y одна из характеристик _в,_т, _s; а свободный член уравнения; b, c, d, e, f коэффициенты регрессионной модели; х₁, х₂, х₃, х₄, х₅ значимые параметры технологиоческого процесса: t, V_р, V_кр., V_дет., Т_макс, Т_мин, Т_охл, Т; D_кр, B, I, H и др. соответственно.

Аналогичным образом осуществляют исследование процесса обработки елочного профиля пазов в клиновых пазах диска турбокомпрессора ГТД.

Значительно больший практический интерес представляет решение обратной задачи определения параметров технологического процесса, обеспечивающих получение механических свойств заданного уровня по ТУ, ТТ на лопаточную машину типа авиационного ГТД.

Действительно, для заданного уровня механических свойств (_{вз,тз,-13, 0,2 50,100,1000},_тз,_з) химического состава сплава (С_экв), толщины заготовки, припуска на обработку и др. геометрических размеров зоны контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью детали (см. выше), задачу сводят к решению системы трех уравнений с тремя неизвестными Т_макс., Т_мин, Ф. Однако, однозначного решения системы трех уравнений с 3-мя неизвестными быть не может, поскольку на Т_макс и Т_мин наложены двухсторонние ограничения, определяемые характеристиками механического оборудования и режимами технологического процесса окончательной обработки, а величина удельного расхода СОТС обычно СОЖ на подающих соплах Ф принимает дискретные значения, определяемые конструктивными особенностями агрегатов системы охлаждения, очистки, и фильтрации СОТС в виде струи СОЖ. Кроме того, существует зависимость между Т_макс. и Т_мин.определяемая скоростью продольной подачи V_дет. стола с заготовкой и припуском на обработку t. В связи с изложенным выше для решения системы уравнений целесообразно использовать метод перебора вариантов, реализуемый на ЭВМ и микроЭВМ.

При разработке программы необходимо принять во внимание технологические ограничения, а также внести определенные допущения, ограничивающие число возможных вариантов расчета оптимальных параметров.

1. Ограничения по химическому составу сплава определяются требованиями ГОСТ. ОСТ1.90127-74 и др. в т.ч. ТУ.

2. Диапазон температур шлифования принят равным 1250-250^оС. Верхняя граница интервала определяется связкой инструмента, нижняя техническими характеристиками агрегата для охлаждения, очистки СОЖ от шлифовального шлама.

3. Скорость взаимного относительного перемещения абразивных и алмазных инструментов и стола с заготовкой детали определяют режимом окончательной обработки, а также техническими характеристиками станка, в частности технологическими возможностями адаптивного управления профилешлифовальным полуавтоматом с УЧПУ и микроЭВМ с учетом охлаждения струей СОЖ.

4. Величина удельного расхода СОЖ в зонах ускоренного охлаждения и стабилизации высоконапорной струи в зазорах наладки для шлифования, температура СОЖ, ее давление и скорость определяют конструктивно: особенностями технологической системы СПИЗД, порядком и условиями регулирования. Поэтому в программе предусмотрен ввод этого параметра в виде дискретной величины, доминирующей в этом случае.

5. При разработке программы расчета технологических режимов, обеспечивающих получение стабильных механических свойств заданного служебным назначением уровня, учитывают необходимость ее реализации на ЭВМ в реальном масштабе времени. Время счета должно быть минимальным и соизмеримым со временем перемещения заготовки относительно инструмента в зоне окончательной обработки на профилешлифовальном станке.

С целью сокращения времени счета при реализации программы приняты следующие дополнительные ограничения: 5.1. Задание температур охлаждения в диапазоне 800-250^оС с интервалом 15-10-25^оС. 5.2. Задание температур в диапазона 1050-800^оС с интервалом 50^о в диапазоне 1050-1250^оС с интервалом 10-25^оС. 5.3. Задание удельных расходов СОЖ в соответствии с кодами охлаждения секций и сопел агрегата для подачи, охлаждения, очистки СОЖ. 5.4. Задание скоростей продольной подачи стола в диапазоне характеристик оборудования в интервале 10-5 м/мин через 1 м/мин и м/с.

Блок-схема алгоритма расчета может быть представлена (по типу фиг.3, 21, 22).

При разработке программы принята следующая последовательность проведения основных вычислительных операций: 1. Оперативное определение технологических режимов производится по математическим моделям, полученным для наиболее нагруженного при обработке или эксплуатации конструктивного элемента, например, в случае елочного профиля первый паз от пера или ножка на хвостовике полой охлаждаемой лопатки ротора турбокомпрессора ГТД, т.е. по методике стойкостных испытаний фасонных инструментов конкретного типоразмера на конкретных заготовках.

2. Осуществляют ввод данных требуемый уровень механических свойств и заданный химический состав жаропрочного сплава. Проводят проверку исходных данных по химическому составу. Сравнивают с требованиями ГОСТ, ОСТ, ТУ во избежание грубых ошибок.

3. По заданной глубине шлифования (припуску на обработку профиля) лопатки или диска назначают максимальную скорость шлифования и скорость перемещения детали относительно инструмента.

4. Задают максимальную температуру шлифования для сплава.

5. Задают максимальный температурный градиент для сплава.

6. Задают минимальный удельный расход СОЖ, исходя из технической характеристики агрегата для подачи, охлаждения, очистки и фильтрации СОЖ, Ф 6-30 м³/м²ч.

Если при заданных значениях температур и температурных градиентов при охлаждении СОЖ, заданного уровня механических свойств не получают, то режим "ужесточают". Начинают увеличивать расход СОЖ ступенчато или снижают температуру охлажденной СОЖ в чистом баке холодильника от минимального значения к максимальному или наоборот с шагом, определяемым кодом агрегата для охлаждения, очистки СОЖ. Увеличение производят до крайнего значения регулируемой величины данного знака.

Если при достижении максимального расхода СОЖ заданные служебные свойства сплава не получают, то начинают снижать ступенчато температуру шлифования и градиент температур. При каждом новом, более низком значении температуры и градиента повторяют выбор расхода СОЖ и режимов охлаждения в той же последовательности, как описано выше, вплоть до минимального значения температуры и градиента из заданного диапазона.

Если заданных свойств вновь не получают, то переходят к следующему уровню температуры и градиента. Снижают ступенчато температуру и при каждом новом, более низком значении температуры повторяют выбор удельного расхода Ф (СОЖ) и градиента температур Т для каждого нового интервала.

Для каждого сочетания V_кр, V_дет, Ф, мощности шлифования по токовой нагрузке производят расчет механических свойств _в,т,-1,s и сравнение их с заданными значениями.

Расчет заканчивают на шаге, соответствующем получению первого положительного результата. Если все уровни температур, градиентов, расходов СОЖ и скоростей шлифования и подач исчерпаны, а заданного уровня механических свойств не получено, то вариант невозможен.

Анализ результатов показывает, что с увеличением глубины t необходима регламентация химического состава литейного сплава. При увеличении t с 4 до 9 мм следует изменить углеродный эквивалент C ^l для получения механических свойств первого и второго уровней соответственно. В практической реализации это означает, что для получения в соответствии с требованиями ТУ для толщин 8-9 мм служебных свойств необходимо осуществить предварительный выбор плавок регламентируемого химического состава по конкретным углеродным эквивалентам C ^l Для заготовок одной толщины из сплава, характеризующегося одним значением углеродного эквивалента, для получения свойств второго уровня необходимо иметь более жесткий режим охлаждения, а именно более низкую температуру охлаждения и больший удельный расход СОЖ через зону обработки, врезным шлифованием с образованием стабилизируют зоны СОЖ. Для глубин шлифования до 4 мм и химического состава с С^l_экв. по табл.2 значения температур шлифования и охлаждения с обеспечением градиента температур при расходе СОЖ через зону обработки возможен переход с трехпроходного цикла на двухпроходный с обеспечением более высоких показателей эксплуатационных свойств замков елочного типа лопаток из сплава ЖС6У, что подтверждается результатами табл.9 и 10 сравнител